Реферат: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ (МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА)

Ударом называется взаимное изменение состояния движения тел вследствие столкновения. Различают два предельных вида удара - абсолютно упругий и абсолютно неупругий. Удар, при котором механическая энергия тел не переходит в другие вида анергии, называется абсолютно упругим. Законы сохранения механической энергии и импульса для абсолютно упругого удара имеют вид

(4)

, (5)

где m₁ и т₂ - масса первого и второго тел; V₁ и V₂ - скорости первого и второго тел до столкновения; U₁ и U₂ - их скорости после столкновения.

При неупругом ударе кинетическая энергия взаимодействующих тел полностью или частично переходит во внутреннюю анергия. Часть механической энергии, которая переходит в другие вида энергии, на­зывается анергией диссипации (рассеяния).

При неупругом ударе закон сохранения механической энергии не выполняется, а имеет место закон сохранения полной анергии раз­ных видов - механической и внутренней. Закон сохранения импульса выполняется.

Если удар был абсолютно неупругий, то тела после столкнове­ния двинется с одинаковой скоростью U = U₁ = U₂ , как одно тело с массой m=m₁ +m₂ , и закон сохранения импульса имеет вид

m₁ V₁ +m₂ V₂ =(m₁ =m₂ )U. (6)

Степень упругости удара удобно характеризовать коэффициентом восстановления К относительной скорости движения тел. Этот коэффициент равен отношению абсолютного значения относительной скорости взаимодействующих тел после удара /U₂ -U₁ / к абсолютному значению относительной скорости до удара /V₂ -V₁ /, и зависит только от упругих свойств соударяющихся тел:

, (7)

При абсолютно упругом ударе К = 1, при абсолютно неупругом ударе U₁ = U₂ и К = 0, во всех остальных случаях (0 < К < 1) удар называется частично упругим.

Описание лабораторной установки и методов исследований

Экспериментальная установка представляет собой цилиндрический маятник, подвешенный на четырех длинных нитях, обеспечивающих его отклонение в одной плоскости при центральном ударе пули (рис. 2). Стальная пуля приобретает скорость V , двигаясь под действием си­лы тяжести внутри трубки T .

При столкновении пули и маятника последний отклоняется, совершая поступательное движение. Перемеще­ние маятника l определяется по шкале Ш . Цилиндрический маят­ник с одной стороны полый и заполнен пластилином. При столкновении пули с пластилином совершается абсолютно неупругий удар. Если же цилиндрический маятник подвесить стальным основанием к пуле, то удар при столкновении маятника у пули будет частично упругим.

Рассмотрим абсолютно неупругое столкновение пули и маятника. После такого столкновения маятник вместе с пулей двинутся со ско­ростью U . Отклоняясь, маятник и пуля поднимутся на высоту h, (рис. 2). Кинетическая энергия маятника и пули после удара перейдет в их потенциальную энергию:

, (8)

где m - масса пули, г, m = 10,4; M - масса маятника, г, М = 36,4. Высоту подъема h можно определить из прямоугольного тре­угольника abc :

L ² =( L - h )² + l ² => h = L -, (9)

где L - длинa нити.

Из соотношения (9), зная h, можно найти скорость пули и маятника после абсолютно неупругого удара

, (10)

Скорость пули V в момент удара определяется из закона сохранения импульса

тV = (m+M) U , (11)

Подставляя значение U в (10), найдем

, (12)

При неупругом ударе кинетическая энергия пули переходит, час­тично, а кинетическую энергию пули и маятника и частично рассеива­ется:

(13)

где Еg - энергия диссипации. Из соотношения (13) следует:

(14)

Рассмотрим частично упругий удар. После такого столкновения маятник движется со скоростью U₂ , а пуля - в противоположном направлении со скоростью U₁ . Из закона сохранения импульса mV = MU₂ - mU₁ можно определить скорость пули после удара

(15)

Скорость маятника найдем из закона сохранения энергия после уда­ра, учитывая соотношение (9),

(16)

Скорость пули до удара V не изменится и может быть найдена из соотношения (12).

Коэффициент восстановления относительной скорости (7) опре­деляется из соотношения .

(17)

Следует отметить, что для определения скорости пули в момент удара нельзя воспользоваться равенством кинетической и потенциаль­ной энергии пули, так как часть кинетической энергии рассеивается в результате трения пули о стенки трубки.

Порядок выполнения работы

1. Установить Маятник горизонтально, повернув его пластили­ном к трубке. Заметить на шкале начальное положение маятника.

2. Измерить длину нити L .

3. Опустить пулю острым концом в верхнее отверстие трубки и определить по шкале перемещение маятника l после абсолютно не­упругого удара. Данные занести в таблицу. Опыт проделать пять раз и найти среднее значение отклонения.

4. По формулам (10), (12), (14) вычислить скорость пули в мо­мент удара и энергию диссипации. Определить погрешности.

5. Развернуть маятник на 180° и установить его в горизонтальном положении. Заметить на шкале начальное положение маятника.

6. Опустить пулю тупым концом в верхнее отверстие трубки и определить по шкале перемещение маятника l после частично упру­гого удара. Данные занести в таблицу. Опыт проделать пять раз и найти среднее значение отклонения.

7. По формулам (15)-(17) определить скорости пули и маятника после частично упругого удара, а также коэффициент восстановления относительной скорости K . Найти погрешности К .

Контрольные вопросы и задания